EP4089376A1 - Waveguide with high conductivity for high temperatures and high frequencies for fill level meters - Google Patents
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- EP4089376A1 EP4089376A1 EP22183246.2A EP22183246A EP4089376A1 EP 4089376 A1 EP4089376 A1 EP 4089376A1 EP 22183246 A EP22183246 A EP 22183246A EP 4089376 A1 EP4089376 A1 EP 4089376A1
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Definitions
- the waveguide tube can be manufactured with high precision using conventional techniques with a rectangular or elliptical internal cross section suitable for the frequency and then, using a joining technique optimized for this purpose, placed in a protective jacket.
- This can result on the one hand in excellent conductivity of the waveguide arrangement and at the same time in a high level of robustness, e.g to mechanical, chemical and/or thermal loads.
- the protective jacket it is possible to use a thin-walled waveguide tube; this can be advantageous, for example with regard to the weight and/or costs of the waveguide arrangement.
- the waveguide tube has copper, a copper alloy, brass, silver and/or gold or consists of at least one of these materials.
- the jacket has steel, stainless steel, ceramics, plastic or plastic with carbon fibers or consists of at least one of these materials. Different combinations of these materials can be advantageous.
- a combination of stainless steel as the material for the jacket and copper as the material for the waveguide tube is advantageous because copper has very good electrical conductivity with a thermal expansion coefficient of 16.5 10 -6 / K, and the thermal expansion coefficient of stainless steel is 16 .0 ⁇ 10 -6 / K.
- the measuring device 40 has electronics which include a generator 42 .
- the generator 42 is set up to generate high-frequency measurement signals in the microwave range.
- the generator 42 generates high-frequency measurement signals, in particular microwaves, for example in a frequency range between 1 and 300 GHz, for example between 30 and 100 GHz.
- the measuring device 40 also has an antenna system 44 which is set up to emit the high-frequency measurement signals and to receive reflected measurement signals.
- the generator 42 and the antenna system 44 are connected by means of a waveguide arrangement 10 .
- the connection is bidirectional.
- the antenna system 44 is arranged above a container 46 which is partially filled with a filling material 47 .
- Figure 2c shows another detail of 2 , namely a plan view of the conical ring 36 which is arranged around the waveguide tube 20.
- FIG. In particular, the position of a slot 37 in the ring 36 becomes visible.
- FIG. 3b shows, as a detail of 3 , another embodiment of the conical ring 36 disposed between the cladding 30 and the waveguide tube 20 of the waveguide assembly 10.
- the waveguide tube 20 is arranged in sections in the jacket 30 . It is clearly visible how an end region 32 of the casing 30 is clamped to the waveguide tube 20 by means of a ring 36 and in this way the waveguide tube 20 is fixed.
- This ring 36 is clamped in another ring-like structure; the ring-like structure is part of the jacket 30.
- FIG 4a shows a schematic sketch of a cross section of a waveguide arrangement 10 according to a further embodiment in a perspective view.
- a waveguide tube 20 is surrounded by a jacket 30 .
- the waveguide tube 20 has a rounded rectangular inner cavity 24 with an inner wall 21 .
- the inner wall 21 of the waveguide tube 20 can be processed in a particularly complex manner, for example it can be made particularly smooth, tempered and/or coated with brass.
- An outer wall 29 of the waveguide tube 20 corresponds, at least in sections, to the shape of an inner wall 31 of the casing 30.
- the outer wall 29 of the waveguide tube 20 has a round outer cross section, and therefore the inner wall 31 of the jacket 30 has a round internal cross-section.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung (10) zur Übertragung von Mikrowellen, wobei die Hohlleiteranordnung (10) zur thermischen Trennung eines Generators (42) von einem Antennensystem (44) geeignet ist, wobei das Antennensystem (44) für eine höhere Temperatur spezifiziert ist als der Generator (42), und wobei das Antennensystem (44) mit dem Generator (42) mittels eines Hohlleiterrohrs (20) zur Übertragung der hochfrequenten Messsignale verbunden ist. Die Hohlleiteranordnung (10) weist einen Mantel (30) auf, dessen Innenwand (31) mit der Form der Außenwand (29) des Hohlleiterrohrs (20) zumindest abschnittsweise korrespondiert und der das Hohlleiterrohr (20) zumindest abschnittsweise aufnimmt, wobei die Innenseite (31) des Mantels (30) im Bereich eines Endes (32) des Mantels (30) eine Aufweitung (33), insbesondere eine konische Aufweitung (33), aufweist, welche zum Einpressen und Fixieren des Hohlleiterrohrs (20) bei der Montage der Hohlleiteranordnung (10) eingerichtet ist.The invention relates to a waveguide arrangement (10) for transmitting microwaves, the waveguide arrangement (10) being suitable for thermally isolating a generator (42) from an antenna system (44), the antenna system (44) being specified for a higher temperature than the Generator (42), and wherein the antenna system (44) is connected to the generator (42) by means of a waveguide tube (20) for transmitting the high-frequency measurement signals. The waveguide arrangement (10) has a jacket (30), the inner wall (31) of which corresponds at least in sections to the shape of the outer wall (29) of the waveguide tube (20) and which accommodates the waveguide tube (20) at least in sections, the inside (31 ) of the casing (30) in the region of one end (32) of the casing (30) has a widening (33), in particular a conical widening (33), which is used to press in and fix the waveguide tube (20) during assembly of the waveguide arrangement ( 10) is set up.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung zur Übertragung von Mikrowellen, ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung und eine Verwendung.The invention relates to a waveguide arrangement for the transmission of microwaves, a method for producing a waveguide arrangement and a use.
Zur Füllstandmessung oder zur Grenzstandbestimmung werden Messgeräte eingesetzt, die ein Hochfrequenzfrontend verwenden, z.B. für die Messung eines Füllstands mittels Mikrowellen, insbesondere mittels Radarwellen. Für die Übertragung der Mikrowellen von einem Generator zu einem Antennensystem des Messgeräts können Hohlleiter verwendet werden. Weil zumindest einige dieser Messgeräte in Umgebungen mit hohen Temperaturen und/oder Temperaturschwankungen eingesetzt werden, ist es erforderlich, nicht nur einen Hohlleiter mit hoher Leitfähigkeit zur Verfügung zu stellen, sondern auch eine hohe Robustheit gegenüber hohen Temperaturen und/oder Temperaturschwankungen zu gewährleisten. Damit kann z.B. ein Radar-Antennensystem mit hoher Temperaturbeständigkeit aufgebaut werden, das über die Hohlleiteranordnung mit einem Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des Radarsignals gekoppelt ist. Dabei kann die Elektronik des Generators für einen wesentlich engeren Temperaturbereich spezifiziert sein, so dass die Hohlleiteranordnung unterschiedlichen Temperaturen bzw. Temperaturbereichen ausgesetzt sein kann. Bei einigen dieser Messgeräte werden, z.B. aus diesem Grund, lange Hohlleiter verwendet, deren Herstellung aufgrund der Länge problematisch sein kann.Measuring devices that use a high-frequency front end, for example for measuring a filling level by means of microwaves, in particular by means of radar waves, are used to measure the fill level or to determine the limit level. Waveguides can be used to transmit the microwaves from a generator to an antenna system of the measuring device. Because at least some of these measuring devices are used in environments with high temperatures and/or temperature fluctuations, it is necessary not only to provide a waveguide with high conductivity, but also to ensure high robustness against high temperatures and/or temperature fluctuations. A radar antenna system with high temperature resistance can thus be constructed, for example, which is coupled via the waveguide arrangement to a high-frequency generator for generating the radar signal. The electronics of the generator can be specified for a much narrower temperature range, so that the waveguide arrangement can be exposed to different temperatures or temperature ranges. For this reason, some of these measuring devices use long waveguides, which can be difficult to manufacture because of their length.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hohlleiteranordnung zur Verfügung zu stellen, welche eine hohe Leitfähigkeit für Mikrowellen bei einer hohen Temperaturfestigkeit aufweist.It is an object of the invention to provide a waveguide arrangement which has high conductivity for microwaves and high temperature stability.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further developments of the invention result from the dependent claims and the following description.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung zur Übertragung von Mikrowellen. Die Hohlleiteranordnung weist ein Hohlleiterrohr mit einem rechteckigen oder elliptischen inneren Hohlraum und einer Außenwand auf. Weiterhin weist die Hohlleiteranordnung einen Mantel auf, dessen Innenwand mit der Form der Außenwand des Hohlleiterrohrs zumindest abschnittsweise korrespondiert und der das Hohlleiterrohr zumindest abschnittsweise aufnimmt.A first aspect of the invention relates to a waveguide arrangement for the transmission of microwaves. The waveguide assembly includes a waveguide tube having a rectangular or elliptical interior cavity and an exterior wall. Furthermore, the waveguide arrangement has a jacket, the inner wall of which corresponds at least in sections to the shape of the outer wall of the waveguide tube and which accommodates the waveguide tube at least in sections.
Die Hohlleiteranordnung ist zur Übertragung von Mikrowellen eingerichtet, z.B. in einem Frequenzbereich zwischen 1 und 300 GHz, beispielsweise zwischen 30 und 100 GHz. Das Hohlleiterrohr ist dabei so ausgestaltet, dass es auf den zu übertragenden Frequenzbereich angepasst und/oder optimiert ist. Ein innerer Bereich des Hohlleiterrohrs, den inneren Hohlraum, innerhalb dessen die Mikrowellen übertragen werden, ist dabei mit einer hohen Genauigkeit geformt, insbesondere bezüglich der Glattheit seiner Innenwand und/oder den mechanischen Abmessungen. Die Innenwand kann bei manchen Hohlleiterrohren eine besondere Behandlung und/oder eine spezielle Vergütung und/oder Beschichtung aufweisen. Die Form der Innenwand kann rechteckig oder elliptisch sein; dies schließt auch z.B. eine quadratische oder eine runde Form ein. Für besondere Ausgestaltungen des Hohlleiterrohrs - die sich z.B. aus spezifischen Optimierungen und/oder Simulationen ergeben können - kann es vorteilhaft sein, eine Abwandlung der rechteckigen Form, z.B. durch starke Abrundung von Ecken und/oder eine Abwandlung in ein Vieleck, vorzunehmen. Das Hohlleiterrohr kann aus einem Werkstoff bestehen, der eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Der Werkstoff des Hohlleiterrohrs kann dabei eine hohe Homogenität aufweisen.The waveguide arrangement is set up for the transmission of microwaves, for example in a frequency range between 1 and 300 GHz, for example between 30 and 100 GHz. The waveguide tube is designed in such a way that it is adapted and/or optimized for the frequency range to be transmitted. An inner area of the waveguide tube, the inner cavity, within which the microwaves are transmitted, is formed with a high level of accuracy, in particular with regard to the smoothness of its inner wall and/or the mechanical dimensions. In the case of some waveguide tubes, the inner wall can have a special treatment and/or a special treatment and/or coating. The shape of the inner wall can be rectangular or elliptical; this also includes, for example, a square or a round shape. For special configurations of the waveguide tube—which can result, for example, from specific optimizations and/or simulations—it can be advantageous to modify the rectangular shape, for example by strongly rounding off corners and/or modifying it into a polygon. The waveguide tube can be made of a material that has high conductivity. The material of the waveguide tube can have a high degree of homogeneity.
Die Außenwand des Hohlleiterrohrs kann einen ähnlichen Querschnitt wie die Innenwand des Mantels aufweisen. Ein wichtiges Kriterium für die Form bzw. den Querschnitt der Außenwand kann sein, dass diese mit der Form bzw. dem Querschnitt der Innenwand des Mantels vorteilhaft korrespondiert. Kriterien dafür können z.B. eine besonders einfache, kostengünstige und/oder genaue Verarbeitung des Hohlleiterrohrs und/oder des Mantels sein. Wenn also beispielsweise der Mantel besonders einfach und kostengünstig mit einem quadratischen Innenquerschnitt hergestellt werden kann, dann kann es für die Hohlleiteranordnung vorteilhaft sein, ein Hohlleiterrohr mit einem quadratischen Außenquerschnitt zu verwenden. Bei der Hohlleiteranordnung korrespondiert die Innenwand des Mantels zumindest abschnittsweise mit der Form der Außenwand des Hohlleiterrohrs. Dabei nimmt der Mantel das Hohlleiterrohr zumindest abschnittsweise auf. In diesen Abschnitten, in denen der Mantel das Hohlleiterrohr aufnimmt, ist ein Abstand zwischen der Innenwand des Mantels und der Außenwand des Hohlleiterrohrs sehr gering. In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 10 µm, beispielsweise weniger als 1 µm. In einer Ausführungsform ist der Abstand im Wesentlichen Null.The outer wall of the waveguide tube can have a cross section similar to the inner wall of the cladding. An important criterion for the shape or the cross section of the outer wall can be that it advantageously corresponds to the shape or the cross section of the inner wall of the casing. Criteria for this can be, for example, particularly simple, cost-effective and/or precise processing of the waveguide tube and/or the cladding. If, for example, the jacket can be produced particularly easily and inexpensively with a square internal cross section, then it can be advantageous for the waveguide arrangement to use a waveguide tube with a square external cross section. In the waveguide arrangement, the inner wall of the jacket corresponds at least in sections to the shape of the outer wall of the waveguide tube. In this case, the jacket accommodates the waveguide tube at least in sections. In these sections, in which the jacket accommodates the waveguide tube, a distance between the inner wall of the jacket and the outer wall of the waveguide tube is very small. In some embodiments, the distance is less than 100 μm, in particular less than 10 μm, for example less than 1 μm. In one embodiment, the distance is essentially zero.
In einer Ausführungsform unterscheidet sich das Material des Mantels von dem Material des Hohlleiterrohrs. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, das Material - und andere Merkmale - unter einer Reihe von Aspekten optimal auszuwählen. Beispielsweise für diese Aspekte können Leitfähigkeit, Kosten, Robustheit, Verarbeitbarkeit und/oder weitere sein. Insbesondere kann sich ein optimales Material des Mantels von einem optimalen Material des Hohlleiterrohrs unterscheiden. Während z.B. hohe Leitfähigkeit eine wichtige Eigenschaft des Hohlleiterrohrs sein kann, aber dessen Robustheit einen geringeren Stellenwert haben kann, können die Anforderungen für den Mantel invers dazu liegen. Dadurch kann die Hohlleiteranordnung kostengünstig mit optimierten Eigenschaften hergestellt werden. Beispielsweise kann das Hohlleiterrohr mit üblichen Techniken hochgenau mit rechteckigem oder elliptischen Innenquerschnitt für die Frequenz passend hergestellt werden und dann, mittels einer dafür optimierten Fügetechnik, in einem schützenden Mantel angeordnet werden. Damit kann sich einerseits eine hervorragende Leitfähigkeit der Hohlleiteranordnung ergeben und zugleich eine hohe Robustheit, z.B. gegenüber mechanischen, chemischen und/oder thermischen Belastungen. Weiterhin ist es aufgrund des schützenden Mantels möglich, ein dünnwandiges Hohlleiterrohr zu verwenden; dies kann vorteilhaft sein, z.B. bezüglich Gewicht und/oder Kosten der Hohlleiteranordnung.In one embodiment, the material of the jacket differs from the material of the waveguide tube. Advantageously, this allows the material - and other features - to be optimally selected from a number of viewpoints. Examples of these aspects can be conductivity, cost, robustness, processability and/or others. In particular, an optimal material for the jacket can differ from an optimal material for the waveguide tube. While, for example, high conductivity can be an important property of the waveguide tube, but its robustness can have a lower priority, the requirements for the jacket can be inverse. As a result, the waveguide arrangement can be produced inexpensively with optimized properties. For example, the waveguide tube can be manufactured with high precision using conventional techniques with a rectangular or elliptical internal cross section suitable for the frequency and then, using a joining technique optimized for this purpose, placed in a protective jacket. This can result on the one hand in excellent conductivity of the waveguide arrangement and at the same time in a high level of robustness, e.g to mechanical, chemical and/or thermal loads. Furthermore, because of the protective jacket, it is possible to use a thin-walled waveguide tube; this can be advantageous, for example with regard to the weight and/or costs of the waveguide arrangement.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Materialien des Mantels und des Hohlleiterrohrs verträglich sind. Die Verträglichkeit kann sich z.B. auf deren Position in der sog. elektrochemischen Spannungsreihe beziehen, auf deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder auf weitere Aspekte bzw. Kriterien; bezüglich dieser Kriterien können die Materialien ähnlich sein, um so die Verträglichkeit zu erreichen.It is advantageous if the materials of the jacket and the waveguide tube are compatible. Compatibility can refer, for example, to their position in the so-called electrochemical series, to their thermal expansion coefficients and/or to other aspects or criteria; with respect to these criteria, the materials can be similar so as to achieve compatibility.
In einer Ausführungsform weist die Außenwand des Hohlleiterrohrs einen rechteckigen oder elliptischen Außenquerschnitt auf. Dies kann z.B. einen runden oder quadratischen Außenquerschnitt umfassen. Dies kann in Fall von eckigen Außenquerschnitten eine Abrundung der Kanten umfassen. Natürlich korrespondiert auch bei dieser Ausführungsform die Außenwand des Hohlleiterrohrs mit der Innenwand des Mantels.In one embodiment, the outer wall of the waveguide tube has a rectangular or elliptical outer cross section. This can include, for example, a round or square external cross-section. In the case of angular external cross sections, this can include rounding off the edges. Of course, in this embodiment too, the outer wall of the waveguide tube corresponds to the inner wall of the jacket.
In einer Ausführungsform weist die Außenwand des Hohlleiterrohrs einen runden Außenquerschnitt auf. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die korrespondierende Innenwand des Mantels besonders genau und/oder kostengünstig als runde Innenwand hergestellt werden kann. In diesem Fall kann ein runder Außenquerschnitt des Hohlleiterrohrs die Fixierung und Positionierung in dem schützenden Mantel erleichtern.In one embodiment, the outer wall of the waveguide tube has a round outer cross section. This can be particularly advantageous if the corresponding inner wall of the casing can be produced particularly precisely and/or inexpensively as a round inner wall. In this case, a round outer cross-section of the waveguide tube can facilitate fixing and positioning in the protective sheath.
In einer Ausführungsform weist das Hohlleiterrohr eine elektrische Leitfähigkeit von höher als 20 m/Ohm mm2, insbesondere von höher als 50 m/Ohm mm2, auf. Dabei weist der Mantel einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Hohlleiterrohr auf, wobei sich die Ausdehnungskoeffizienten des Mantels und des Hohlleiterrohrs insbesondere um weniger als 3 %, beispielsweise um weniger als 1,5 %, unterscheiden. Damit können in einem weiten Temperaturbereich thermische Spannungen zwischen Mantel und Hohlleiterrohr geringgehalten oder gar vermieden werden. Auch können dadurch mechanische Probleme bei der Montage geringgehalten werden.In one embodiment, the waveguide tube has an electrical conductivity of more than 20 m/ohm mm 2 , in particular more than 50 m/ohm mm 2 . The cladding has a similar coefficient of thermal expansion as the waveguide tube, with the coefficients of expansion of the cladding and the waveguide tube differing in particular by less than 3%, for example by less than 1.5%. In this way, thermal stresses between the jacket and the waveguide tube can be kept low or even avoided over a wide temperature range. Mechanical problems during assembly can also be kept to a minimum as a result.
In einer Ausführungsform weist das Hohlleiterrohr Kupfer, eine Kupferlegierung, Messing, Silber und/oder Gold auf oder besteht aus zumindest einem dieser Materialien. Dabei weist der Mantel Stahl, Edelstahl, Keramik, Kunststoff oder Kunststoff mit Kohlefaser auf oder besteht aus zumindest einem dieser Materialien. Dabei können unterschiedliche Kombinationen dieser Materialen vorteilhaft sein. Beispielsweise ist eine Kombination von Edelstahl als Material des Mantels und Kupfer als Material des Hohlleiterrohrs vorteilhaft, weil Kupfer eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, bei einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 16,5 · 10-6 / K, und wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient von Edelstahl 16,0 · 10-6 / K beträgt.In one embodiment, the waveguide tube has copper, a copper alloy, brass, silver and/or gold or consists of at least one of these materials. In this case, the jacket has steel, stainless steel, ceramics, plastic or plastic with carbon fibers or consists of at least one of these materials. Different combinations of these materials can be advantageous. For example, a combination of stainless steel as the material for the jacket and copper as the material for the waveguide tube is advantageous because copper has very good electrical conductivity with a thermal expansion coefficient of 16.5 10 -6 / K, and the thermal expansion coefficient of stainless steel is 16 .0 · 10 -6 / K.
In einer Ausführungsform ist die Innenwand des Hohlleiterrohrs mit Messing und/oder einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit beschichtet ist bzw. aus poliertem Messing und/oder einem poliertem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit gefertigt ist. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung der Leitfähigkeit der Hohlleiteranordnung beitragen.In one embodiment, the inner wall of the waveguide tube is coated with brass and/or a material with high electrical conductivity or is made of polished brass and/or a polished material with high electrical conductivity. This can contribute to a further improvement in the conductivity of the waveguide arrangement.
In einer Ausführungsform ist die Innenseite des Mantels und/oder die Außenwand des Hohlleiterrohrs beschichtet und/oder vergütet. Die Beschichtung kann einen Kunststoff, einen Lack und/oder Schmiermittel wie Graphit und/oder Öl umfassen. Die Vergütung kann ein Eloxieren, Brünieren, etc. umfassen. Die Beschichtung bzw. Vergütung kann zu einer weiteren Reduktion der thermischen Spannung zwischen Mantel und Hohlleiterrohr beitragen.In one embodiment, the inside of the jacket and/or the outer wall of the waveguide tube is coated and/or tempered. The coating can include a plastic, a lacquer and/or lubricants such as graphite and/or oil. The treatment can include anodizing, blackening, etc. The coating or tempering can contribute to a further reduction in the thermal stress between the jacket and the waveguide tube.
In einer Ausführungsform weist die Innenseite des Mantels im Bereich eines Endes des Mantels eine Aufweitung auf, insbesondere eine konische Aufweitung, welche zum Einpressen und Fixieren des Hohlleiterrohrs bei der Montage der Hohlleiteranordnung eingerichtet ist. Die zylindrische oder konische Aufweitung kann bei einem rechteckigen Hohlleiterrohr entsprechend keilförmig ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung kann die Montage der Hohlleiteranordnung erleichtern.In one embodiment, the inside of the casing has a widening in the region of one end of the casing, in particular a conical widening, which is set up for pressing in and fixing the waveguide tube during assembly of the waveguide arrangement. In the case of a rectangular waveguide tube, the cylindrical or conical widening can be correspondingly wedge-shaped. This refinement can facilitate the assembly of the waveguide arrangement.
In einer Ausführungsform ist das Hohlleiterrohr in dem Mantel mittels eines konischen Rings fixiert. Der Ring kann insbesondere geschlitzt ausgeführt sein. Der Ring kann als ein Montageelement mit ringförmiger Innenbohrung oder Aufnahmebohrung und konischer Außenringform zur Aufnahme des Hohlleiterrohrs verwendet werden. Das Montageelement bzw. der Ring ist dazu eingerichtet, in die konische Aufweitung an der Innenseite des Mantels einzugreifen und auf diese Weise das Hohlleiterrohr in dem Mantel zu verpressen und auf diese Weise zu fixieren.In one embodiment, the waveguide tube is fixed in the jacket by means of a conical ring. In particular, the ring can be slotted. The ring can be used as a Mounting element can be used with annular inner bore or receiving bore and conical outer ring shape for receiving the waveguide tube. The mounting element or the ring is set up to engage in the conical widening on the inside of the jacket and in this way to press the waveguide tube in the jacket and to fix it in this way.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlleiteranordnung wie oben oder im Folgenden beschrieben, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Mantels, welcher eine Innenwand zur Aufnahme eines Hohlleiterrohrs aufweist. Das Bereitstellen des Mantels kann beispielsweise eine nahtlose Fertigung des Hohlleiterrohrs, ein Bohren, ein Fräsen, eine sonstige abtragende Bearbeitung, ein Beschichten und/oder ein Vergüten beinhalten. Es ist auch möglich, den Mantel nur im Bereich der Enden so genau zu bearbeiten, so dass er dazu geeignet ist, das Hohlleiterrohr einzufügen. Dies kann die Bearbeitung besonders kostengünstig halten.
- Anordnen des Hohlleiterrohrs in dem Mantel, mittels einer der folgenden Methoden: Kleben, Pressen, Schrumpfen, Löten, Schweißen, Klemmen und/oder Schrauben. Damit wird das Hohlleiterrohr in dem Mantel fixiert. Dabei korrespondiert bei der Hohlleiteranordnung die Innenwand des Mantels zumindest abschnittsweise mit der Form der Außenwand des Hohlleiterrohrs. Dabei nimmt der Mantel das Hohlleiterrohr zumindest abschnittsweise auf. In diesen Abschnitten ist ein Abstand zwischen der Innenwand des Mantels und der Außenwand des Hohlleiterrohrs sehr gering.
- Providing a jacket having an inner wall for receiving a waveguide tube. Providing the cladding can include, for example, seamless manufacture of the waveguide tube, drilling, milling, other machining, coating and/or tempering. It is also possible to machine the jacket only in the area of the ends so precisely that it is suitable for inserting the waveguide tube. This can keep the processing particularly inexpensive.
- Arranging the waveguide tube in the jacket by one of the following methods: gluing, pressing, shrinking, soldering, welding, clamping and/or screwing. This fixes the waveguide tube in the jacket. In the case of the waveguide arrangement, the inner wall of the jacket corresponds at least in sections to the shape of the outer wall of the waveguide tube. In this case, the jacket accommodates the waveguide tube at least in sections. In these sections, a distance between the inner wall of the jacket and the outer wall of the waveguide tube is very small.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf:
- Anordnen eines konischen, insbesondere geschlitzten, Rings zwischen dem Mantel und dem Hohlleiterrohr. Damit wird der Mantel und das Hohlleiterrohr auf einfache und wirksame Weise fixiert. Der Ring kann als selbstsperrender Sicherungsring ausgeführt sein.
- Arranging a conical, in particular slotted, ring between the jacket and the waveguide tube. This fixes the jacket and the waveguide tube in a simple and effective manner. The ring can be designed as a self-locking locking ring.
Anschließend kann der Ring an einer Außenseite abgeschlossen werden, z.B. mit einem Kunststoff, so dass dadurch der Bereich zwischen dem Mantel und dem Hohlleiterrohr hermetisch geschlossen ist. Dadurch kann die Korrosionsfestigkeit der Hohlleiteranordnung weiter verbessert werden.The ring can then be closed off on an outside, for example with a plastic, so that the area between the jacket and the waveguide tube is closed is hermetically closed. As a result, the resistance to corrosion of the waveguide arrangement can be further improved.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin folgende Schritte auf:
- Schneiden eines Endes eines ersten Hohlleiterrohrs und eines Endes eines zweiten Hohlleiterrohrs in einem vordefinierten spitzen Winkel, wobei das Ende des ersten Hohlleiterrohrs und das Ende des zweiten Hohlleiterrohrs denselben Winkel aufweisen;
- Aneinanderfügen des Endes des ersten Hohlleiterrohrs und des Endes des zweiten Hohlleiterrohrs in einem Z-Winkel, wobei das erste Hohlleiterrohr und das zweite Hohlleiterrohr in dem Mantel angeordnet werden.
- cutting an end of a first waveguide tube and an end of a second waveguide tube at a predefined acute angle, the end of the first waveguide tube and the end of the second waveguide tube having the same angle;
- Joining the end of the first waveguide tube and the end of the second waveguide tube at a Z-angle, placing the first waveguide tube and the second waveguide tube in the shell.
Um die Hohlleiteranordnung zu verlängern, kann die Verwendung von mehr als einem Hohlleiterrohr erforderlich sein. Der Übergang zwischen zwei Hohlleiterrohren ist aber in vielen Fällen nicht völlig glatt und kann dadurch eine Störstelle für die Mikrowellen bilden. Experimente zeigen, dass die Störung durch die Störstelle jedoch deutlich reduziert werden kann, wenn die Hohlleiterrohre nicht in einem 90°-Winkel, sondern in einem spitzen Winkel abgeschnitten und so zusammengefügt werden. Der spitze Winkel kann zwischen 30° und 60°, z.B. etwa 50°, betragen.Lengthening the waveguide assembly may require the use of more than one waveguide tube. In many cases, however, the transition between two waveguide tubes is not completely smooth and can therefore form a point of interference for the microwaves. Experiments show that the disruption caused by the imperfection can be significantly reduced if the waveguide tubes are not cut at a 90° angle but at an acute angle and are joined together in this way. The acute angle may be between 30° and 60°, for example about 50°.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Messgerät zur Füllstandmessung oder zur Grenzstandbestimmung. Das Messgerät weist dabei auf:
- einen Generator, der zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen im Mikrowellen-Bereich eingerichtet ist,
- ein Antennensystem, das zum Abstrahlen der hochfrequenten Messsignale eingerichtet ist, und
- eine Hohlleiteranordnung wie oben und/oder im Folgenden beschrieben, eingerichtet zum Übertragen der Messsignale von dem Generator zu dem Antennensystem.
- a generator set up to generate high-frequency measurement signals in the microwave range,
- an antenna system that is set up to emit the high-frequency measurement signals, and
- a waveguide arrangement as described above and/or below, set up to transmit the measurement signals from the generator to the antenna system.
Das Messgerät weist eine Elektronik auf, welche einen Generator zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen oder Mikrowellen umfasst. Das Antennensystem sendet die Messsignale in Richtung eines Mediums oder Füllguts aus und empfängt die reflektierten Signale. Das Antennensystem kann ein Befestigungselement zur Montage, z.B. auf einem Behälter, aufweisen und ein Abstrahlelement bzw. ein Sende-/Empfangselement, das die Messsignale aussendet und empfängt. Die empfangenen Messsignale können z.B. von der Elektronik ausgewertet werden und einen Füllstand und/oder einen Grenzstand des Mediums bestimmen und/oder anzeigen. Das Befestigungselement zur Montage und das Abstrahlelement können dicht miteinander verbunden sein und aus chemisch beständigem Material hergestellt sein. Um eine ausreichende Signalübertragung von und zur Antenne zu erreichen, können Elektronik und Antennensystem nahe aneinander angeordnet sein. Die Elektronik kann temperaturempfindlicher sein als das Antennensystem. Beispielsweise kann die Elektronik mit einer Maximaltemperatur von z.B. 100 °C, 80 °C oder 70 °C spezifiziert sein. Das Antennensystem kann aus Werkstoffen bestehen, die für höhere Temperaturen ausgelegt sind. Daher können Elektronik und Antennensystem räumlich getrennt sein und können mittels der Hohlleiteranordnung verbunden sein. Dies erfordert eine entsprechende thermische Auslegung der Hohlleiteranordnung, welche durch die beschriebene Hohlleiteranordnung erzielt wird.The measuring device has electronics that include a generator for generating high-frequency measurement signals or microwaves. The antenna system emits the measurement signals in the direction of a medium or filling material and receives the reflected ones signals. The antenna system can have a fastening element for mounting, for example on a container, and a radiation element or a transmission/reception element, which emits and receives the measurement signals. The measurement signals received can, for example, be evaluated by the electronics and determine and/or display a fill level and/or a limit level of the medium. The mounting fastener and the radiating element may be sealed together and made of chemically resistant material. In order to achieve sufficient signal transmission from and to the antenna, the electronics and antenna system can be arranged close to one another. The electronics can be more temperature sensitive than the antenna system. For example, the electronics can be specified with a maximum temperature of, for example, 100°C, 80°C or 70°C. The antenna system can consist of materials that are designed for higher temperatures. Therefore, electronics and antenna system can be spatially separated and can be connected by means of the waveguide arrangement. This requires a corresponding thermal design of the waveguide arrangement, which is achieved by the waveguide arrangement described.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung einer Hohlleiteranordnung wie oben oder im Folgenden beschrieben oder eines Verfahrens wie oben oder im Folgenden beschrieben zur Übertragung von Mikrowellen zum Messen eines Grenzstands oder eines Füllstands.A further aspect of the invention relates to the use of a waveguide arrangement as described above or below or of a method as described above or below for the transmission of microwaves for measuring a limit level or a filling level.
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.For further clarification, the invention is described using the embodiments shown in the figures. These embodiments are meant to be exemplary only and not limiting.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Skizze eines Messgeräts gemäß einer Ausführungsform;
- Fig. 2a
- eine schematische Skizze eines Messgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 2b und 2c
- Details von
Fig. 2 ; - Fig. 3a
- eine schematische Skizze eines Messgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 3b und 3c
- Details von
Fig. 3 ; - Fig. 4a
- eine schematische Skizze eines Querschnitts einer Hohlleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 4b
- eine schematische Skizze einer Hohlleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt;
- Fig. 4c
- eine schematische Skizze einer Hohlleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt;
- Fig. 5a
- eine schematische Skizze einer Hohlleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 5b bis 5e
- schematische Skizzen eines Hohlleiterrohrs gemäß weiteren Ausführungsformen;
- Fig. 6
- ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
- 1
- a schematic sketch of a measuring device according to an embodiment;
- Figure 2a
- a schematic sketch of a measuring device according to a further embodiment;
- Figures 2b and 2c
- Details from
2 ; - Figure 3a
- a schematic sketch of a measuring device according to a further embodiment;
- Figures 3b and 3c
- Details from
3 ; - Figure 4a
- a schematic sketch of a cross section of a waveguide arrangement according to a further embodiment in a perspective view;
- Figure 4b
- a schematic sketch of a waveguide arrangement according to a further embodiment in longitudinal section;
- Figure 4c
- a schematic sketch of a waveguide arrangement according to a further embodiment in longitudinal section;
- Figure 5a
- a schematic sketch of a waveguide arrangement according to a further embodiment;
- Figures 5b to 5e
- schematic sketches of a waveguide tube according to further embodiments;
- 6
- a method according to an embodiment.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass "umfassend" und "aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.Additionally, it should be noted that "comprising" and "having" do not exclude other elements or steps, and the indefinite articles "a" or "an" do not exclude a plurality. Furthermore, it should be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Any reference signs in the claims should not be construed as limitations.
- 1010
- Hohlleiteranordnungwaveguide arrangement
- 2020
- Hohlleiterrohrwaveguide tube
- 20a, 20b20a, 20b
- erstes bzw. zweites Hohlleiterrohrfirst and second waveguide tube
- 2121
- Innenwand des Hohlleiterrohrsinner wall of the waveguide tube
- 22a, 22b22a, 22b
- erstes bzw. zweites Ende des Hohlleiterrohrsfirst and second end of the waveguide tube
- 2424
- innerer Hohlraum des Hohlleiterrohrsinner cavity of the waveguide tube
- 2525
- Fügestelle des HohlleiterrohrsJoint of the waveguide tube
- 2929
- Außenwand des Hohlleiterrohrsouter wall of the waveguide tube
- 3030
- Mantela coat
- 3131
- Innenwand des Mantelsinner wall of the mantle
- 3232
- Endebereich des Mantelsend portion of the mantle
- 3333
- Aufweitungwidening
- 3636
- Ring, Befestigungselementring, fastener
- 3737
- Schlitzslot
- 3939
- Außenwand des Mantelsouter wall of the mantle
- 4040
- Messgerätgauge
- 4141
- Hohlraumcavity
- 4242
- Generator (mit Elektronik)generator (with electronics)
- 4343
- Temperaturentkopplungtemperature decoupling
- 4444
- Antennensystemantenna system
- 4646
- Behältercontainer
- 4747
- Füllgutcontents
- 4848
- Füllgutoberflächeproduct surface
- 5050
- Flussdiagrammflow chart
- 51, 5251, 52
- SchrittStep
Claims (15)
wobei das Hohlleiterrohr (20) in dem Mantel (30) mittels eines konischen, insbesondere geschlitzten, Rings (36) fixiert ist, wobei der Ring (36) im Bereich der Aufweitung (33) angeordnet ist.Waveguide arrangement (10) according to claim 1,
the waveguide tube (20) being fixed in the jacket (30) by means of a conical, in particular slotted, ring (36), the ring (36) being arranged in the region of the widening (33).
wobei der Mantel (30) mit einer Temperaturentkopplung (43) umgeben ist, welche Kühlrippen aufweist.Waveguide arrangement (10) according to claim 1 or 2,
wherein the casing (30) is surrounded by a temperature decoupling (43) which has cooling fins.
wobei der Mantel (30) eine Temperaturentkopplung (43) aufweist, welche von dem Hohlleiterrohr (20) mittels eines Hohlraums (41) beabstandet ist.Waveguide arrangement (10) according to claim 1 or 2,
wherein the jacket (30) has a temperature decoupling (43) which is spaced apart from the waveguide tube (20) by means of a cavity (41).
wobei der Hohlraum (41) mit Luft und/oder einem anderen Fluid, insbesondere mit einem Schutzgas oder Transformatorenöl, gefüllt ist.Waveguide arrangement (10) according to claim 4,
wherein the cavity (41) is filled with air and/or another fluid, in particular with an inert gas or transformer oil.
wobei der Mantel (30) einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Hohlleiterrohr (20) aufweist, wobei sich die Ausdehnungskoeffizienten des Mantels (30) und des Hohlleiterrohrs (20) insbesondere um weniger als 3 %, beispielsweise um weniger als 1,5 %, unterscheiden.Waveguide arrangement (10) according to one of the preceding claims,
wherein the jacket (30) has a similar coefficient of thermal expansion as the waveguide tube (20), the coefficients of expansion of the jacket (30) and the waveguide tube (20) differing in particular by less than 3%, for example by less than 1.5% .
wobei der Mantel (30) mit einer Temperaturentkopplung (43) umgeben ist, welche Kühlrippen aufweist.Method according to claim 10 or 11,
wherein the casing (30) is surrounded by a temperature decoupling (43) which has cooling fins.
wobei der Mantel (30) eine Temperaturentkopplung (43) aufweist, welche von dem Hohlleiterrohr (20) mittels eines Hohlraums (41) beabstandet ist.Method according to claim 10 or 11,
wherein the jacket (30) has a temperature decoupling (43) which is spaced apart from the waveguide tube (20) by means of a cavity (41).
zur Übertragung von Mikrowellen in einem Frequenzbereich zwischen 1 GHz und 300 GHz, beispielsweise zwischen 30 und 100 GHz.Use of a waveguide arrangement (10) according to one of Claims 1 to 9, or of a method according to one of Claims 10 to 12, for the transmission of microwaves for measuring a limit level or a filling level, and/or
for the transmission of microwaves in a frequency range between 1 GHz and 300 GHz, for example between 30 and 100 GHz.
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